背光自動控制模塊
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(3)背光實施
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/281898.htmLED背光亮度與其電流呈線性關(guān)系。集成了LED驅(qū)動器的液晶屏可以通過PWM直接控制液晶屏背光亮度。本設(shè)計中參考液晶屏的數(shù)據(jù)手冊PWM信號的頻率選用100Hz，由STM32F103的TIM3產(chǎn)生。
在背光調(diào)節(jié)過程中應避免從一個亮度級直接跳轉(zhuǎn)到另一個亮度級(驟變式的亮度變化會對眼睛造成沖擊)，而應該平滑上調(diào)和下調(diào)背光亮度，確保不同亮度等級之間無縫過渡。為了達到這一目的，可采用帶有固定或不同亮度步長、可逐步調(diào)節(jié)亮度的定時中斷。本設(shè)計中參考MAX44009應用筆記中推薦的步進式亮度調(diào)節(jié)的算法進行亮度的平滑調(diào)節(jié)。
將采集進來的室內(nèi)光照度轉(zhuǎn)化為微處理器內(nèi)PWM寄存器的值，記為當前PWM值。將前PWM寄存器值記為PWM原值。將PWM原值與當前PWM值不斷比較遞增或遞減，使PWM輸出以極小的步長跟蹤當前PWM值，從而實現(xiàn)平滑調(diào)光。此算法還能解決啟動跳變問題，使系統(tǒng)啟動時PWM由零慢慢變化到當前PWM值。
PWM定時器的跳變值應該在定時器溢出中斷中重新賦值，避免跳變值的改變可能出現(xiàn)PWM信號有波動。
(4)設(shè)置上、下限閥值
MAX44009可以設(shè)置上、下限門限，在光線強度偏離上、下門限一定時間后，產(chǎn)生中斷通知微處理器讀取光強度。
由表2可知MAX44009的上、下門限只是針對高字節(jié)流明的。怎么把一個浮點型的流明數(shù)值變換成上、下限寄存器的格式數(shù)據(jù)。在這里需要采用frexp[3]函數(shù)：double frexp(double x, int *exp);其中0.5≤x<1;exp為整數(shù)。然后再對數(shù)據(jù)進行調(diào)整，程序如下：
u8 Threshold_reg(float lux_Threshold)
{
double x;
int n;
u8 y,Threshold;
x=frexp(lux_Threshold,&n);
if(lux_Threshold<8)
{
y=(u8)(x*80);
if((y%10)>4) y+=10;
y=y/10;
Threshold =(((u8)(n-3))<<4)|y;
return Threshold;
}
else
{
y=(u8)(x*160);
if((y%10)>4) y+=10;
y=y/10;
Threshold =(((u8)(n-4))<<4)|y;
return Threshold;
}
}
設(shè)置上、下限閥值主要是為了改善系統(tǒng)對環(huán)境光強變化的響應，避免因為光強的瞬間變化(譬如一扇窗戶打開或瞬間有一束光掃過)而過快地改變亮度等級，這往往會造成用戶感覺不適。最初級的方法是每隔一兩秒鐘檢查一次光傳感器，然后相應地調(diào)整背光亮度。更好的方法是，只有光線強度偏離特定范圍一定時間后，才對背光亮度進行調(diào)節(jié)。
MAXIM推薦的例子是：“如果正常光強是200lux，可能只會在光強降到180lux以下或升至220lux以上，而且持續(xù)時間超過數(shù)秒的情況下才調(diào)節(jié)亮度”。由于上、下限閥值設(shè)定是個固定值，當系統(tǒng)的使用環(huán)境更換時(比如說室外轉(zhuǎn)移到室內(nèi))，會造成背光調(diào)節(jié)的偏差，特別是新環(huán)境的光強度超出了上、下限閥值時，系統(tǒng)的調(diào)光效果跟最初級的方法效果一樣了。
為了解決這一問題，本設(shè)計中采用了動態(tài)設(shè)置上、下限閥值的方法。讀取當前光強度，然后取±10%為偏移量，寫進上、下限寄存器中。
3.2.2 PWM控制
STM32F103共有7個定時器，TIM1和TIM8是高級定時器，TIM2、TIM3和TIM4是通用定時器，TIM6和TIM7是基本定時器。本設(shè)計中采用通用定時器TIM3，利用TIM3產(chǎn)生周期為100Hz的PWM信號。
PWM配置步驟如下：1、設(shè)定TIM3信號周期;2、設(shè)定TIM3預分頻值;2、設(shè)定TIM3分頻系數(shù);4、設(shè)定TIM3計數(shù)模式;5、初始化TIM_TimeBaseStructure[4];6、設(shè)定TIM3的OC模式;7、TIM3輸出使能;8、設(shè)定電平跳變初值;9、設(shè)定PWM信號的極性;10、使能TIM3信號通道;11、使能TIM3中斷;12、使能TIM3重載寄存器CCRX;13、使能TIM3計數(shù);14、在中斷中設(shè)置新的電平跳變值。
3.2.3 USB通信
在ST提供的USB-HID的例程上做修改，增加到3個USB端點。EP0為控制端點，EP1為INTERRUPT OUT端點(PC向MCU發(fā)送數(shù)據(jù))，EP2為INTERRUPT IN端點(MCU向PC發(fā)送數(shù)據(jù))。需要對“usb_desc.c”文件進行修改，VID和PID[5]不能跟現(xiàn)有的設(shè)備相沖突。詳細可參考USB HID V1.1協(xié)議。模塊收到上位機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進行解析并根據(jù)命令做出相關(guān)操作，代碼如下：
if(USB_ReceiveFlg == TRUE) //收到數(shù)據(jù)
{
USB_ReceiveFlg = FALSE;
if((RxBuffer[0]==0xff)&(RxBuffer[4]==0xcc))
{
if(RxBuffer[1]==0x50) //自動調(diào)光
{
Light_AM_flag=1;
I2C_WriteByte(0x01,INT_ENABLE,MAX44009_ADDR);
Light_HM_flag=0;
}
else if(RxBuffer[1]==0x05) //手動調(diào)光
{
Light_AM_flag=0;
I2C_WriteByte(0x00,INT_ENABLE,MAX44009_ADDR);
HM_light=RxBuffer[3];
HM_light=HM_light/100;
PWM_diff(HM_light,1); //調(diào)光百分比
}
}
}
3.3 上位機軟件
在VB編程環(huán)境中應用“HidAPI.bas”組件進行USB通訊編程，根據(jù)上述的通信協(xié)議通過USB接口與控制模塊進行信息指令交換。軟件有兩個功能：1、勾選“AM”控制模塊進入自動控光模式，滑條將被屏蔽不允許操作;2、不勾選“AM”進入手動控光模式，可以通過滑條進行亮度調(diào)節(jié)。
在VB中滑條需要鼠標左鍵才能觸發(fā)，為了鼠標的滑輪能夠使用，加入了定數(shù)器，每20ms讀取一次滑條的值，保存并與上一次數(shù)據(jù)項比較，如果有變化則通過USB發(fā)送控制指令，否則不做處理。代碼如下：
Dim lightdata_r As String
Dim lightdata As String
Private Sub Timer1_Timer()
Text1.Text = Slider1.Value
lightdata_r = lightdata ‘保存上一次數(shù)據(jù)
lightdata = Slider1.Value ‘重新賦值
If lightdata <> lightdata_r Then ‘比較
Data(1) = &H5
Data(3) = lightdata
Call WriteReport‘發(fā)送數(shù)據(jù)
End If
End Sub
軟件界面效果如圖6所示。
4 結(jié)論及成品展示
通過對本系統(tǒng)的調(diào)試與測試，實現(xiàn)了液晶背光的自動和手動控制。系統(tǒng)運行可靠，操作簡單，而且硬件模塊體積小便于安裝。已應用于多個顯示器產(chǎn)品中。
參考文獻：
[1]Maxim. MAX44009 Data sheet Rev 0[Z]. Maximintegrated .2011
[2]Windows. Integrating Ambient Light Sensors with Computers Running Windows 7[R].Microsoft.2010
[3]譚浩強.C程序設(shè)計(第三版)[M].北京:清華大學出版社.2005
[4] ST.UM0427 Rev 2[Z] . STMicroelectronics .2000
[5] USB Device Working Group.Device Class Definition for Human Interface Devices[Z].USB.org.1999
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